4    衰老模型与一般衰老理论的关系

   最新研究显示，衰老有九大特征，他们是：基因组不稳定性（genomic instability）、端粒缩短（telomere attrition）、表观遗传学改变（epigenetic alterations）、蛋白内稳态丧失（loss of proteostasis）, 营养感应失调（deregulatednutrient sensing）、线粒体功能异常（mitochondrial dysfunction）、细胞衰老（cellular senescence）、干细胞耗竭（stem cell exhaustion）和细胞间信息交换改变（altered intercellular communication）^[16]。

我们的衰老模型表达了：衰老取决于细胞发生损伤的累计占比，一旦这个比例超过一定程度，比如50%，机体就会走向死亡。机体具有天然的再生能力，再生新的细胞能够替换发生损伤的细胞，可以降低该比例。这个模型在物理学角度是正确的，也正因为如此，已经得到实验验证的衰老理论应该符合这一模型的预测，或者说，是这个模型的一部分。

   衰老模型：a、b不变化，β是常数，比如0.5，寿命取决于d和e。其中，d是一时间段损伤细胞的累计量，e是同样时间段内得以再生的新的细胞数量。由于物理空间的限制，可以肯定的是d＜e。

基因组不稳定性可能会导致遗传信息的不稳定，是细胞受到损伤的一种形式，因此属于d的范围；表观遗传学改变也可能导致遗传信息的变化，偏离了健康的状况，也是细胞受到损伤的一种形式；显然线粒体功能异常和细胞衰老,是细胞功能或结构受到破坏的形式，所以均属于d的范围。

   由于受到外部环境，或自身增长的机会性错误，机体内的细胞在功能上或者结构上会发生损伤，导致不能履行正常的细胞功能。这符合物理学中的“熵增”的规律。理论上受到损伤的细胞如果能够被清除，留下特异性的空间，机体就有办法再生出新的健康细胞，这就是机体生命力的体现，也就是从环境中吸收能量抵抗“熵增”，产生更为“有序”的细胞，即“负熵”。清除衰老细胞是机体自身的能力所在，在清除完成后，留下的物理空间需要新生细胞填补，这就会需要端粒缩短、干细胞耗竭和细胞间信息交换改变理论来补充，也就是说这三个变量应属于e的范围。

   端粒是限制细胞过度增殖的一种手段，但在逻辑上与衰老没有关系。我们可以将人体细胞分为干细胞和功能性细胞。其中，干细胞有分化为其他细胞，并且具有自我复制的能力，但干细胞没有其他功能。除了干细胞之外，不能自我复制，但有其他功能的细胞统称为功能性细胞。机体由干细胞和功能性细胞构成，我们暂时不考虑细胞间基质，这些均是由功能性细胞所产生。

用传统的干细胞理论来理解，干细胞的端粒不会因为细胞分化而变短，或者说干细胞的端粒是可以增长的，所以在干细胞的生命期中，干细胞可以实现无限制分化细胞。这也可以从干细胞的定义中逻辑推演而来，因为干细胞可以自我复制，所以干细胞理论上不会因为分化出新细胞而使端粒变短。

研究发现，特定的啮齿动物干细胞、人星型胶质细胞、啮齿神经胶质细胞和啮齿少突祖细胞似乎有无限的寿命，并保持正常表型^[17][18]。而功能性细胞则不一样，功能性细胞除了实现各种生化功能，还有一点他们也可以分化，但是他们的分化受到端粒变短的限制，这种限制对机体有非常大的好处。我们猜想端粒限制有可能是维护机体的特定结构的主要因素，没有端粒限制，机体的细胞可能不受限制的分化，产生更多的细胞，导致动物机体的功能性结构变得模糊，类似于癌症一般。这与肿瘤细胞端粒酶活跃是相互印证的。正是由于没有端粒的限制，癌细胞可以无限分化和增殖，癌组织无限扩大，破坏了动物机体的有序的功能结构，生命因此而结束。

   细胞潜在的分化能力与动物衰老没有关系^[17]。一个研究大鼠肾脏衰老的报告中，发现老年大鼠的肾脏细胞的端粒并没有比年轻大鼠肾脏细胞的端粒显著缩短，显然大鼠的衰老并非是由端粒缩短导致的，甚至于大鼠衰老的肾脏细胞并没有出现端粒缩短的迹象^[19]。

   除了受到环境因素影响，细胞的衰老是不可违背的规律，这是物理学“熵增”所决定的。至少不同细胞的衰老可能不一样，这还与新细胞产生有一定的关系。

   有理论认为，单细胞细菌是通过生殖的方式来分化，并且暗示多细胞动物的细胞也是通过生殖的方式来分裂^[20]。最新的研究显示，当绿脓杆菌分裂形成两个子细胞时，尽管子细胞的基因完全相同，但只有一个子细胞能够遗传到母细胞的螺旋桨结构，另一个子细胞需要自己合成螺旋桨结构^[21]。这说明，在细菌细胞分裂成为两个子细胞时，细胞内容物的分配并不平均，结果使两个子细胞产生差异。细胞由一个分裂为两个，传统有丝分裂理论认为，分裂为两个完全一样的细胞，也即他们的寿命又从新开始，但是这与现实有逻辑矛盾的地方。如果细胞分裂一次，产生新的两个细胞是更为年轻的，那么机体其实不应该存在衰老细胞。按照细胞的生殖论者所说，细胞分裂时，一个是母细胞，一个是子代细胞，母细胞还会延续分裂前的衰老途径继续衰老，也即子代细胞比母细胞更为年轻。我们认为干细胞的分化是按照生殖的方式进行的。一个干细胞分化为一个功能性细胞和一个干细胞（不对称分裂），该干细胞还是原来的干细胞，其衰老还是会继续，功能性的细胞是一个新的细胞；一个干细胞分化为两个干细胞（对称分裂），那么其中一个是老的干细胞，另一个是新的干细胞，在同样的条件下，老的干细胞的年龄要大于新的干细胞。干细胞可能通过生殖的方式来更新，在更宏观层面看，干细胞是不朽的，但是，实际情况可能是，有新的干细胞出现。这也说明干细胞耗竭是有可能，因为干细胞也会受到环境因素的影响，发生死亡，如果其不能够繁殖，那么干细胞的数量将会下降，从而影响到了再生新细胞的能力。

细胞间信息交换改变是机体细胞的天然功能，该信息及时有效是新细胞得以再生的关键。受影响因素可能包括，清除衰老细胞、特异性空间、细胞再生信号等等，尽管这些信息的改变可能是细胞受到损伤后的表现，但是更多的影响应该是之后的细胞再生过程，所以属于e的范围。衰老伴随着慢性促炎症反应表现，而促炎症因子又与自噬有关^[22]，炎症又会引起细胞的坏死^[23]。寿命很长且不宜得癌症的裸鼹鼠具有明显的细胞接触抑制（contact inhibition），当细胞距离缩短，密度增加时，裸鼹鼠会启动凋亡的程序使多余的细胞发生凋亡，由此达到长寿命和抗肿瘤的作用^[24]。我们理解多余的细胞更有可能是衰老的细胞或者有癌变可能的细胞，通过凋亡程序可以清除衰老或者癌变细胞，一方面可以留下空间为新的健康细胞再生，另一方面降低不健康细胞的比例，这与我们的衰老模型是一致的。而另一个长寿命不得癌的盲鼹鼠，会在特定情况下通过释放INF-β触发坏死（necrosis）程序来杀死某些细胞，从而延长寿命并抵抗癌症^[25]。我们理解通过让衰老和可能癌变的细胞死亡，一方面可以为健康细胞再生留下空间，另一方面本身就是降低了不健康细胞的比例，这也与我们的衰老模型是一致的。

营养感应失调（deregulated nutrient sensing）比较复杂，似乎有一部分与线粒体功能失常有关。有证据强烈的支持合成代谢信号加速衰老而降低营养信号则延长寿命这样的观点^[26]。随着哺乳动物的衰老，细胞核活力或NAD+水平降低会减少细胞核SIRT1的活性，导致VHL水平下降和HIF-1α表达上升并趋于稳定化。HIF-1α介导的新陈代谢调整发生在正常组织，这种调整会破坏线粒体的稳定。老年老鼠的线粒体非稳态调整是一种无氧呼吸的状况^[27]，即使在氧气充足的情况下，也会类似于二型糖尿病和癌症细胞那样的低氧呼吸 ^[28][29]。卡路里限制（CR，calorierestriction）可以阻止老年老鼠的NAD+水平和ATP水平的下降，从而有助于延长老鼠的寿命^[27]。卡路里限制能够延缓多种与年龄相关的疾病发生^[30][31]。卡路里限制可以诱导自噬发生，从而延长寿命^[32]。卡路里限制估计类似于减少营养感应失调的状况。因此，营养感应失调是细胞受损伤的表现形式，属于d的范围。

5抗衰老的思路

   5.1       清除衰老细胞是简单可行的思路

   根据衰老模型，，需要明确的是，人体的β值、a值和b值可改变的范围是比较小的，也即没有多少余地选择抗衰老途径。如果需要延长寿命t，则需要降低d或/和增加e。

      降低d的思路：

   提高e的思路：清除衰老细胞，再生年轻组织。

   可以看出对于降低d的思路基本上是无效的，时间跨度太长，人无法长时间坚持，外部损伤不可避免。合理饮食和健康生活的范围太广。所以抗衰老的最佳思路就是提高e，而提高e的前提是清除衰老细胞，才能为再生新的细胞留出特异性空间。衰老细胞的清除，在机体内，主要是通过凋亡、自噬和坏死等三个过程来促进衰老细胞死亡并降解。因此提高e是比较简单高效的抗衰老方法。

   细胞接受到累积的损伤如果在细胞内部的层面，可以通过自噬或者整体或者部分来更新为更为健康的细胞；如果是细胞或者以上的层面，则通过凋亡、自噬或坏死彻底清除损伤细胞，在干细胞的作用下再生出新的细胞。

   比如针对蛋白质稳态失控，有两个蛋白质分解系统用于蛋白质质量控制，分别是自噬—溶酶体系统（autophagy-lysosomalsystem）和泛素—蛋白酶体（ubiquitin-proteasomesystem），这两个系统功能均随着年龄而下降^[33][34]。这两个系统均是起到降解损伤或有毒蛋白质的作用，如果加强这两个系统则会延长衰老^[35]。泛素—蛋白酶体系统可以促进细胞凋亡^[36]。连续或者间断的使用mTOR抑制剂雷帕霉素可以延长中年老鼠的寿命，其中雷帕霉素诱导了自噬^[37]。

   实验中发现，用NMN(Nicotinamidemononucleotide)注射1周的时间，提高NAD+水平，促使线粒体平衡，可以让22周龄大的老鼠的肌肉健康水平达到6周龄大老鼠的水平，部分意义上来说，增加NAD+水平，阻止HIF-1α稳定化或者下调其的表达，可以作为抗机体衰老的有效治疗方法^[26]。使用Nicotinamide (NAM)处理细胞，能够发现NAM增加，通过NMN，也会产生更多的NAD+，从而加速细胞的自噬，通过自噬又可以延长细胞的寿命^[38]。当然细胞不管是不是完全再生抑或亚细胞层面的再生，总是可以提高细胞的健康水平。

   自噬保护细胞存活还是自噬导致细胞死亡是有争论的，在实验中观察到自噬导致了最终细胞的死亡并被分解，但是有些观点认为自噬能够应对环境的应激压力并保护细胞存活下去^[39]。我们认为，不管自噬在细胞存活或死亡中起到那种作用，自噬清除“无序”的细胞组织从而为“有序”的细胞组织留下再生的空间这一功能均符合我们的衰老模型。比如线粒体自噬即通过将细胞内的损坏细胞器进行清除，从而为更为健康的细胞再生提供了动力。不管这种清除是细胞内的还是细胞层面的，都是对“无序”的物质或结构进行清理，从而促进了再生更为健康的细胞，使机体健康细胞的比例提高，延长了机体寿命，也即提高了e的水平。

   自噬促进凋亡细胞的降解，所以也能起到衰老细胞清除的作用。研究发现，果蝇的记忆缺失能够通过食用富含多胺的食物扭转过来，喂果蝇等吃多胺能够增强生物体的寿命，它似乎通过逆转与年龄相关的自噬来起作用，通过基因技术或限制卡路里摄入提高自吞噬，也能够延长果蝇的寿命^[40]。

   5.2       活性氧的清除衰老细胞的作用

   具体如何提高机体环境下细胞自噬、凋亡或坏死的能力，有待于我们考以下的案例。

   通过对巨噬细胞和单核细胞的研究，Albina等提出NO是细胞凋亡的诱导剂^[41]。一氧化氮（NO）对诸多衰老性疾病有治疗作用，比如，一氧化氮具有防止导致帕金森氏症的神经细胞异常的作用，这其中一氧化氮促进了废弃蛋白质的分解，起到了保护神经细胞的作用^[42]。一氧化氮的这种缓解衰老性疾病的机理似乎就是促进衰老细胞发生凋亡。

   高水平的ROS可诱导细胞凋亡^[43]。研究显示当线虫以生产一氧化氮的细菌为食时，寿命得到显著延长^[44]。这说明氧化性强的物质（NO在酸性环境下的氧化还原电位为1.59）可以促进衰老细胞发生凋亡，从而延长机体寿命。

   尽管抗氧化作为抗衰老的有效标准一直存在，但是现实证据却很少支持。没有任何遗传学证据能说明，增强机体的抗氧化防御能够延缓衰老^[16]。

   较多的实验发现自由基或活性氧具有加速衰老细胞死亡，从而延长机体寿命。我们认为，氧化性较强的物质通过氧化反应会对动物机体的细胞、细胞内部或细胞间基质产生破坏作用，从而导致其死亡或降解。我们相信相对年轻的细胞或新生的细胞间基质的结构相对稳固，对比与相对衰老或功能有缺损的结构而言，前者更能应对氧化反应，而后者可能会导致死亡或被降解。因此，在一定程度说明氧化性强的物质对于诱导细胞死亡有一定的选择性，他们对于衰老细胞的影响更大。动物机体内部的自由基或活性氧有可能是清除衰老细胞的天然武器，也就是自然应对衰老的变量。如果人为要提高衰老模型e的值，则需要外部补充某种氧化性强的物质，且这种物质没有大的毒副作用；易溶于水，相对容易穿透细胞；氧化电位不需要太高，从而减轻对正常健康细胞结构的破坏。我们在实验中发现，二氧化氯是比较适合的物质，可以用于诱导衰老细胞死亡，从而延长机体寿命。

   5.3       酸性环境对衰老细胞的影响

   衰老细胞较年轻细胞在糖酵解的过程中产生更多的乳酸也消耗更多的葡萄糖^[45]，因为无氧糖酵解才产生大量乳酸，所以我们判断衰老细胞的能量获得更多依靠无氧糖酵解，这与癌细胞非常相似。

   衰老或者凋亡细胞在酸性的条件下更容易走向死亡。衰老细胞糖酵解作用加强，酸性代谢产物增多，如果外部施加酸压力（降低pH值），衰老细胞将加速走向死亡。

   肌酸（creatine）在生物化学中，是一种自然存在于脊椎动物体内的一种含氮的有机酸，能够辅助为肌肉和神经细胞提供能量。研究发现，口服肌酸能够改善G93A转基因小鼠（肌萎缩性脊髓侧索硬化症）机体性能，并延长寿命，该种作用呈现量效关系，同时还保护小鼠运动神经元和黑质神经元的损伤^[46]。研究也发现硫辛酸（lipoic acid）能够减缓衰老过程。

   多种酸性物质有美容的作用。比如，以30%高浓度的水杨酸作为化学换肤的药剂，可达到和70%果酸换肤相同的淡化色素斑、缩小毛孔、去除细小皱纹及改善日晒引起的老化等多项效果。皮肤美容就是让皮肤年轻化，所以大致可以得出结论，酸性物质能够清除衰老细胞，促进年轻皮肤再生。中剂量和高剂量柠檬酸处理组引起了小鼠睾丸组织细胞的凋亡^[47]。

   我们猜想，肌酸，硫辛酸等酸性物质能够抗衰老的作用，更多的是因为其酸性特征能够加速衰老细胞发生凋亡，从而引起机体年轻化。

   抗癌和长寿的裸鼹鼠通过接触抑制来启动凋亡程序，从而实现长寿和抗癌。裸鼹鼠对酸不敏感；裸鼹鼠体内含有大量（超过人体5倍比例）的透明质酸（hyaluronan ），是其保持长寿和无癌的关键^[48]；冬眠动物由于高二氧化碳和低代谢会产生低pH值环境^[49]。裸鼹鼠对酸性疼痛不敏感，在高二氧化碳的环境下，体内酸性会增强，裸鼹鼠能够耐受这种环境而不受影响，但是他们像一般老鼠那样对于热和压力疼痛是敏感的^[50]。我们可以理解，裸鼹鼠并非没有痛觉，而是对酸性物质特别耐受，可能与他们的环境以及与他们的酸性体液有关。所以有可能是，裸鼹鼠的酸性体环境可以诱导衰老细胞凋亡从而保证其长寿并且不得癌症。

   所以，根据以上实验的提示，我们猜想酸性环境有助于诱导衰老细胞死亡，从而实现抗衰老的作用。按照衰老模型的预测，外部补充酸性环境有助于提高e值，从而延长动物机体寿命。

   5.4       酸性二氧化氯溶液的抗衰老实验

   我们可以总结出，两种思路可以增加清除衰老细胞的能力，一、利用氧化物，通过氧化反应可以诱导细胞死亡，无论是通过自噬、凋亡或坏死；二、酸性环境有助于有选择性地压迫衰老细胞走向死亡。我们的实验发现酸性环境的二氧化氯容易具有诱导细胞发生凋亡从而走向死亡的作用。

   5.4.1      酸性二氧化氯溶液的生发实验

   配置二氧化氯酸性溶液，浓度为2900ppm，pH值为2.1。用棉签沾液涂抹脱发区域，再等待1～2小时后，用水清洗头部，一天一次。按照疗程使用，第一个疗程15～25天，停药2～5个月，然后开始第二个疗程，自第二个疗程开始用药10～15天，再停药2～5个月，再用下一个疗程。

   有42位男性脱发患者和1名女性脱发患者（年龄分布为22～68岁）作为自愿者使用该药物（以下简称为用药），情况如表1所示。

表1 酸性二氧化氯生发作用

   用药5分钟开始，使用者描述有刺痛感，持续时间大约15～30分钟；在连续用药3天左右，用药区域产生微型的伤口，外观表现为成片的红斑，类似伤口出血凝固，出现红斑（伤口）的区域新生头发密度更高，也更粗。

   在头顶中心（头旋之前，区域1）、头顶与前额上中间（区域2）、前额上（区域3）、前额两侧（区域4）四个区域选择直径在2.54厘米的圆形区域（5.1平方厘米）通过数码照片分别计算用药第一个疗程后10天（时间1）、1个月（时间2）、2个月（时间3）、用药第二个疗程后2个月（时间4）、用药第三个疗程后2个月的头发（时间5），并且分别与用药前的头发数量对比，计算比值，得到不同区域头发密度增加比值，见表2。

表2 不同区域生发效果

注：P<0.001,n=43

   从表1、表2的结果可以看出，使用二氧化氯酸性溶液作为药物对于脱发治疗具有显著效果，根本原因是解决了脱发的关键问题，那就是脱发区域的干细胞在转化为祖细胞的过程中出现了问题，以至于干细胞不能分化出足够的毛囊细胞^[51]。

   脱发是典型的随年龄而发展的疾病，因为脱发区域毛囊已经丢失，但是并没有出现空间，原来的毛囊空间被皮脂腺细胞占去，所以脱发患者在脱发区域油脂分泌特别旺盛。理论上，要再生出毛囊，必须为其预留空间，酸性二氧化氯溶液对头皮产生明显的微型伤口，这应该类似于清除多余细胞的一个过程。脱发实验可以证明酸性二氧化氯溶液可以清除多余的皮脂腺细胞和衰老的毛囊细胞，从而促进新的毛囊再生。

5.4.2      酸性二氧化氯溶液对关节炎治疗的案例

   配置酸性二氧化氯溶液，浓度为2900ppm，pH值为2.1，按照1：1的比例加入二甲基亚砜。患者（男性，37岁，作者本人）髋骨关节炎，病程20年，一周二次，连续四周，两边髋关节注射，每次1ml。疼痛强度：使用直观模拟标度尺（VAS），以0（正常）～100（最大疼痛强度）表示，患者自行判断；

疾病严重性：使用Womac骨关节炎指标问卷法，即髋骨关节炎的自我评价等级，由24项组成用于检测该病的进展和确定治疗效果。另外使用超声评价软骨厚度。具体结果见表3与表4.

表3 Womac骨关节炎指标

表4 软骨的超声评价

   说明酸性二氧化氯溶液可以明显消除关节炎症，基本治愈骨关节炎。关节炎也是一个典型的老年性疾病，炎症随着衰老而增加，炎症细胞即是衰老而不健康的细胞，酸性二氧化氯溶液能够治愈该关节炎病例，应该是首先要清除炎症组织，然后刺激软骨组织再生。

5.4.3      酸性二氧化氯溶液对皮肤抗衰老的实验

   用于皮肤美容的含二氧化氯制剂的化妆品制备：用去离子水配置浓度为7.47%亚氯酸钠和1.59%氯化钠的混合溶液，制备出第一份溶液；用去离子水配置浓度为16.7%的柠檬酸溶液，制备出第二份溶液。分别从不同份溶液的容器中取出相同体积的溶液，混合，等待溶液混合静止3～5分钟，再用0.22μm的双层滤膜过滤。再加入等体积90%的二甲基亚砜，然后装入玻璃瓶密封保存，制成针对皮肤抗衰老或年轻化的化妆品，用于皮肤涂抹。

   通过女性观察员(100 名) 实际涂抹到皮肤上使用，按照下述的评价区分，评价“黏腻使用感的有无”、“发涩感的有无”、“皮肤上的移动的有无”以及“对皱纹、松弛( 皮肤的拉伸感) 的效果的有无”。

   从结果看，酸性二氧化氯溶液作为化妆品具备非常优异的美容护肤作用。

表5 皮肤美容直观感觉

   采用以上制备的化妆品为例进行疗效观察，在人群中进行功效测试，观察使用者在使用过程中的肌肤水分含量、弹性、细纹、粗糙度等改善情况。选取30 名健康女性和10名健康男性，每天涂抹自由选择皮肤位置，共15天，在使用前、1h、7 天（使用1h后）、第14天（使用1h后）、第28天对受试者进行皮肤状况的评估，包括临床判断及非创性仪器评估。临床评判包括以下参数：皮肤水分含量、皮肤弹性、皮肤光泽度、皮肤粗糙度/光滑度、肤色均匀度、细纹的改善。非创性仪器评估是利用皮肤水分测定仪Corneometer CM820 测定皮肤水分含量，利用皮肤弹性测定仪(Cutometer SEM 575) 测定皮肤弹性。

   由结果可见：使用此化妆品后，皮肤含水量急剧增加，说明产品对改善皮肤干燥效果非常明显，随着时间的推进到第28 天时，皮肤的含水量继续得到持续的改善。

   皮肤弹性值越大越好，说明皮肤弹性越好，由下表可看出7天后，皮肤的弹性得到了明显的改善，弹性变得越来越好并与基础值之间有显著差异性。

   光泽度等四个指标值，数据数值越少，说明改善越好。从上述数据结果可以看出，与基础值相比，各项参数在第7、14、28天均有改善，与基础值之间有显著差异性( 表现在各项数值随时间推移的下降趋势)。

表6 皮肤美容效果

注：*与基础值相比，P＜0.01。

   通过实验发现，酸性二氧化氯溶液对皮肤具有明显的年轻化作用。其过程中发现有脱皮和刺痛的现象，说明清除衰老细胞作用明显，也是皮肤年轻化的主要过程。